JP2007192382A - 潤滑剤劣化検出装置および検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤の種々の光学的特性を検出することができて、混入物の割合や、潤滑剤の色の変化、混入物の種類等の種々の潤滑剤劣化状態を推定できる潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 この潤滑剤劣化検出装置１は、少なくとも一つの発光素子３および複数の受光素子４Ａ，４Ｂを有する光学系２と、推定手段５とを備える。前記光学系２は、前記複数の受光素子４Ａ，４Ｂのうちの一部を、前記発光素子３から出射されて検出対象となる潤滑剤６を透過した透過光を検出する方向に配置し、その他の受光素子４Ｂを前記発光素子３から出射されて前記潤滑剤６で散乱した散乱光を捕らえる方向に配置したものである。前記推定手段５は、前記透過光を検出する方向の配置された受光素子４Ａと他の受光素子４Ｂとの出力を比較して潤滑剤６の劣化状態を検出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受、例えば鉄道車両用、自動車用、産業機械用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。

潤滑剤を封入した軸受では、軸受内部の潤滑剤（グリース、油など）が劣化すると転動体の潤滑不良が発生し、軸受寿命が短くなる。転動体の潤滑不良を、軸受の振動状態などから判断するのでは、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになるため、潤滑状態の異常をより早く検出できない。そこで、軸受内の潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測し、異常やメンテナンス期間の予測を可能にすることが望まれる。

潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられる。
軸受の摩耗状態を検出するものとしては、軸受のシールの内側に電極やコイル等のセンサを配置し、摩耗粉の混入する潤滑剤の電気的特性を前記センサで検出するようにしたセンサ付き軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００４−２９３７７６号公報

しかし、特許文献１のセンサ付き軸受は、潤滑剤の電気的特性を検出するものであるため、大量の摩耗粉が入って導通が起こるなどの状況にならなければ、特性変化として検出されず、混入物の検出が困難な場合がある。
このような課題を解決するものとして、例えば図６のように、発光素子３３と受光素子３４の間に検出対象となる潤滑剤３６を介在させ、発光素子３３から出射されて潤滑剤３６を透過する光を受光素子３４で検出するようにし、受光素子３４で検出された光量から潤滑剤３６の劣化状態を推定する構成を考えた。

しかし、この構成の場合、潤滑剤と光の吸収量との単純な関係を捉えるのみで、光の透過具合の違いや、光学的な特性による違いを検出することはできないので、潤滑剤の汚れ具合や色合いなど、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を得るこができず、潤滑剤に混入している異物の種類も推定することができない。

この発明の目的は、潤滑剤の種々の光学的特性を検出することができて、混入物の割合や他の種々の潤滑剤の劣化状態を推定できる潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、少なくとも一つの発光素子および複数の受光素子を有する光学系と、推定手段とを備え、前記光学系は、前記複数の受光素子のうちの一部を、前記発光素子から出射されて検出対象となる潤滑剤を透過した透過光を検出する方向に配置し、その他の受光素子を前記発光素子から出射されて前記潤滑剤で散乱した散乱光を捕らえる方向に配置したものであり、前記推定手段は、前記透過光を検出する方向に配置された受光素子と他の受光素子との出力を比較して潤滑剤の劣化状態を検出するものとしている。
この構成によると、一つの受光素子で潤滑剤の透過光が検出されると共に、その他の受光素子で潤滑剤の散乱光が検出され、検出された透過光量と散乱光量とが推定手段で比較されて、潤滑剤中の混入物の割合など、潤滑剤の劣化状態が検出される。この場合に、透過光量と散乱光量とを比較するため、光学的な特性による違いを検出できて、色合いなどの劣化に関する詳細な情報を得ることができ、潤滑剤に混入している異物の種類を推定することも可能となる。

この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置が搭載された軸受である。
この構成によると、軸受内部の潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を正確に、かつリアルタイムで検出することができる。そのため、定期的に、あるいはリアルタイムに潤滑剤の状態を観測することで、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断できて、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、少なくとも一つの発光素子および複数の受光素子を有する光学系と、推定手段とを備え、前記光学系は、前記複数の受光素子のうちの一部を、前記発光素子から出射されて検出対象となる潤滑剤を透過した透過光を検出する方向に配置し、その他の受光素子を前記発光素子から出射されて前記潤滑剤で散乱した散乱光を捕らえる方向に配置したものであり、前記推定手段は、前記透過光を検出する方向に配置された受光素子と他の受光素子との出力を比較して潤滑剤の劣化状態を検出するものとしたため、潤滑剤中の混入物の割合の他に、色の変化など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を得ることができ、潤滑剤に混入している異物の種類の推定も可能となる。
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものであるため、軸受内部の潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を正確に、かつリアルタイムで検出することができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断できるため、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、この実施形態の潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。この潤滑剤劣化検出装置１は、発光素子３および複数（ここでは２つ）の受光素子４Ａ，４Ｂを有する光学系２と、推定手段５（図２）とを備える。前記複数の受光素子４Ａ，４Ｂの一方（例えば受光素子４Ａ）は、前記発光素子３から出射されて検出対象となる潤滑剤６を透過した透過光を検出する方向に配置される。他の受光素子４Ｂは、前記発光素子３から出射されて前記潤滑剤６で散乱した散乱光を捕らえる方向に配置される。上記他の受光素子４Ｂは、例えば、透過光を検出する受光素子４Ａと平行に並べて配置される。これらの発光素子３、受光素子４Ａ，４Ｂ、および推定手段５となる回路は、共通の回路基板７に搭載され、この回路基板７がハウジング８内に設置される。ハウジング８は、検出対象となる潤滑剤６の収容が可能な凹部等のギャップ９を有し、このギャップ９を挟んで前記発光素子３と受光素子４Ａ，４Ｂが対向配置される。推定手段５は、前記透過光を検出する方向に配置された受光素子４Ａと、前記散乱光を捕らえる方向に配置された他の受光素子４Ｂとの出力を比較して、設定基準に従い、潤滑剤６の劣化状態を検出するものである。この推定手段５は、検出信号は配線ケーブル１０から外部に出力される。また、配線ケーブル１０を経て外部から潤滑剤劣化検出装置１に電源が供給される。

図２は、前記受光素子４Ａ，４Ｂなどからなる受光部１１と、その後段に設けられる前記推定手段５の回路構成の一例を示す。同図において、受光部１１は、電源・アース間にフォト・トランジスタからなる受光素子４Ａと抵抗１２を直列接続すると共に、電源アース間に同じくフォト・トランジスタからなる他の受光素子４Ｂと抵抗１３を直列接続して構成される。推定手段５は、ここでは受光素子４Ａと抵抗１２との間から出力される透過光量に相当する光電流信号と、受光素子４Ｂと抵抗１３との間から出力される散乱光量に相当する光電流信号とを入力し、これら両信号の差信号つまり透過光量と散乱光量の差信号を出力する差動増幅回路１４を有する。なお、この場合、推定手段５には、透過光量に相当する受光素子４Ａからの単一の光電流信号も取り込まれる。

このように構成された潤滑剤劣化検出装置１では、受光素子４Ａで潤滑剤６の透過光を検出すると共に、受光素子４Ｂで潤滑剤６の散乱光を検出し、検出された透過光量と散乱光量とを推定手段５で比較して潤滑剤６の劣化状態を検出する。検出対象となる潤滑剤６が透明に近い場合には透過光が強くなり、潤滑剤６が混合物などにより濁っている場合には散乱光量が強くなるので、上記したように検出された透過光量と散乱光量とを推定手段５で比較することにより、潤滑剤６の汚れ具合や色合いなど、劣化に関する詳細な情報を得ることができる。例えば、潤滑剤６に混入している異物の種類を推定することも可能である。なお、この実施形態では、推定手段５に入力される透過光量だけの単一な信号から潤滑剤６の劣化状態を推定することもできる。

図３は、この発明の他の実施形態の概略構成図である。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図１に示す第１の実施形態において、散乱光を検出する受光素子４Ｂを、透過光を検出する受光素子４Ａの光軸に対して略直角方向に配置したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
なお、散乱光を検出する受光素子４Ｂの配置については、このほか、透過光を検出する受光素子４Ａの光軸に対して４５度の方向とするなど数多くの配置例が適用でき、検出対象である潤滑剤６の特性に合わせて適切な位置に配置するのが望ましい。

また、上記各実施形態では、複数の受光素子４Ａ，４Ｂからなる受光部１１を一つとしたが、複数の受光部１１を位置を変えて複数箇所に分散配置しても良い。また、波長感度の異なる受光部１１を複数配置しても良い。

図４は、上記した潤滑剤劣化検出装置１を搭載した検出装置付き軸受を、鉄道車両用軸受ユニットに用いた断面図である。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１とその内輪２４の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り２２および後ろ蓋２３とで構成される。軸受２１は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ２６，２６に対して設けた分割型の内輪２４，２４と、一体型の外輪２５と、前記ころ２６，２６と、保持器２７とを備える。
後ろ蓋２３は、車軸３０に軸受２１よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール２８を摺接させたものである。油切り２２は、車軸３０に取付けられて外周にオイルシール２９を摺接させたものである。これら軸受２１の両端部に配置される両オイルシール２８，２９により軸受２１の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。

軸受２１の外輪２５には、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出する潤滑剤劣化検出装置１が取付けられている。この潤滑剤劣化検出装置１は、外輪２５に両列の軌道面間で設けられた検出装置挿入孔２５ａに挿入されて、軸受空間内に突出し、ボルト等により外輪２５に固定されている。潤滑剤劣化検出装置１およびその配線ケーブル１０には、防水・防油処理が施される。潤滑剤劣化検出装置１の取付部も耐油材料でシールされる。例えば、前記潤滑剤劣化検出装置１は、密封シール３２を介して外輪２５の検出装置挿入孔２５ａに挿入され、密封シール３２として、例えばＯリングが用いられる。このように、密封シール３２を介して潤滑剤劣化検出装置１が外輪２５に固定されることにより、潤滑剤劣化検出装置１の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が侵入するのを防止できる。
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの検出装置付き軸受２１では、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、定期的に、あるいはリアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受２１に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断できるため、軸受２１の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置１の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。

図５は、潤滑剤劣化検出装置付き軸受の他の例を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１Ａは、図４に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１において、潤滑剤劣化検出装置１を、シール２９の内側面近傍に取付けたものである。その他の構成は図４の例と同様である。

この発明の第１の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。 同潤滑剤劣化検出装置における受光部および推定手段の回路構成である。 この発明の他の実施形態にかかる潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一例を示す断面図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の他の例の断面図である。 潤滑剤劣化検出装置の提案例の概略構成図である。

符号の説明

１…潤滑剤劣化検出装置
２…光学系
３…発光素子
４Ａ，４Ｂ…受光素子
５…推定手段
６…潤滑剤
２１，２１Ａ…潤滑剤劣化検出装置付き軸受

Claims (2)

1. 少なくとも一つの発光素子および複数の受光素子を有する光学系と、推定手段とを備え、前記光学系は、前記複数の受光素子のうちの一部を、前記発光素子から出射されて検出対象となる潤滑剤を透過した透過光を検出する方向に配置し、その他の受光素子を前記発光素子から出射されて前記潤滑剤で散乱した散乱光を捕らえる方向に配置したものであり、前記推定手段は、前記透過光を検出する方向に配置された受光素子と他の受光素子との出力を比較して潤滑剤の劣化状態を検出するものとした潤滑剤劣化検出装置。
2. 請求項１に記載の潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
   

Images